很多的电力事故都伴随有火灾发生。一般电力电缆发生火灾,起初表现为由于产生过量的焦耳热而导致温度异常升高。常见的起因有电缆的接头电阻增加,绝缘层老化,对地漏电或线间漏电等等。而电缆温度增加又会加剧产生温度的原因,形成正反馈,导致电缆在火灾面前相当脆弱。电缆火灾一旦发生,则火势凶猛,蔓延迅速,在燃烧时会发生大量的有害气体,造成扑救困难。不仅着火电缆回路受到影响,还将会影响到电缆沟内的其他电缆。电缆烧坏后,修复时间长,损失严重。
若电网的保护系统控制得不够好,或未能正常工作,还会导致事故的影响进一步扩大。电网中压系统电缆负荷高,出现故障时,影响范围更大。如果电网的结构和潮流分布设计的不够合理,同时事故又发生在电网的负荷高峰期,那么就极有可能会导致电网逐级解列,更有甚者还可能会引发区域性的大面积停电,形成重大电力事故,损失将难以估量。所以应该尽可能地预先采取措施来降低事故风险,做到防患于未然。
其他事故引起的火灾也对配电系统产生挑战。铜电缆的防灾、抗灾能力大大优于铝合金电缆。铝合金电缆在耐高温性能方面性能弱,铝的熔融温度为660℃,而铜可达1080℃,在高温环境中使用的耐火电缆要求要在经受750℃~1000℃作用下仍能维持通电的功能。
另外,由于铝的电导率低,为了获得和铜电缆相当的导电能力,需要将电缆截面提高到约铜电缆的1.6倍。然而,目前城市电缆的通道无论是地上还是地下都受限,有限的通道资源铺设的电缆越来越多,越来越密,在此情况下如再用加大截面的铝合金电缆,几乎不可行,如强行使用会导致电缆间距越来越小,散热能力下降,通道或电缆沟温度越来越高,构成极为严重的安全隐患。
现在已经出现很多由于电力基础设施的质量不过硬,会导致后期电网的运行和维护成本急剧增加的情况。随着中国人口老龄化的到来,未来人力资本的成本将会上升,电网系统运维成本的问题更加需要引起重视。当下智能电网建设中,这个教训应该吸取,避免不得不用铜电缆再替换铝电缆。
电缆作为智能电网的物理层基础,扮演的作用会越发重要,它的品质是整个系统顺利运行的基本保障。在智能电网配电系统建设中,若只是出于投资成本的考虑而引入铝合金电缆,无论如何都不是一个明智的选择。提高系统的可靠性,应该从最基础的物理层做起。
智能电网的一个目标是通过交易机制设计,提高电网的能效,增加其经济性,简单的说就是“消峰填谷”,从而实现促进电力经济性提高。这类经济性是以安全性和可靠为前提的。因为安全性和可靠性不过关,对经济性的追求将失去基础。
在国际上我们也可以看到,在经济发达,对电力安全可靠性和电能质量要求高的国家,如日本,其配电系统很少使用铝质电缆;而经济相对落后,对供电连续性和电能质量要求低的国家,如印度,出于投资成本考虑才比较多的使用铝制电缆。未来中国社会经济水平还将快速提高,所以经济考量不应该成为当前电力基础设施建设的首要因素。总之,基于更宏观的考量可以发现,除了初期的投资建设成本比较低,铝合金电缆在电缆的整合生命周期中,在整个配电网系统的运行中,并不具备单独的成本优势。如果再考虑到安全可靠以及电网本身产生的综合社会效益,铜电缆无疑是最优的选择。
智能电网的目标应该是安全,可靠,高效,低碳,经济。为了降低事故发生的风险,降低整个生命周期中的电缆成本,减少损耗,提高能效和供电质量,在智能电网建设中应该首选铜电缆而非铝合金电缆。